(57)【要約】【課題】  熱の伝達効率を向上させることにより、熱交換効率が高く、また、システムの小型化を図ることの可能な熱交換装置を提供する。【解決手段】  本発明の熱交換装置１００は、流体を流通させて流体に受熱若しくは放熱を行わせる熱交換装置において、受熱機能若しくは放熱機能を有する容器１１０と、容器の内部を内側流路と外側流路に仕切る仕切体１２０とを有し、容器の一端部１１２には流体の導入口１１２ａ及び導出口１１２ｂが設けられ、導入口と導出口の一方が内側流路に連通し、他方が外側流路に連通するように構成され、容器の他端部１１３には内側流路と外側流路を連通させる反転通路が構成されてなることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流通させて該流体に受熱若しくは放熱を行わせる熱交換装置において、受熱機能若しくは放熱機能を有する容器と、該容器の内部を内側流路と外側流路に仕切る仕切体とを有し、前記容器の一端部には前記流体の導入口及び導出口が設けられ、前記導入口と前記導出口の一方が前記内側流路に連通し、他方が前記外側流路に連通するように構成され、前記容器の他端部には前記内側流路と前記外側流路を連通させる反転通路が構成されてなることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記仕切体は中空部材で構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記外側流路は螺旋状に構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記反転通路に連通する開口を有し、前記開口の上縁よりも上方に配置され得る部分を含む端部空間が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記容器の一端部には、前記仕切体に接続され、前記導入口と前記導出口の一方が前記内側流路に連通し、他方が前記外側流路に連通する態様で、導入側と導出側とを分離させる流路分離部材を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記容器の他端部には前記流体を流動させるための流体推進手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換装置に係り、特に、パーソナルコンピュータなどの電子機器の発熱部を流体により冷却したり、当該発熱部にて加熱された流体に放熱を行わせたりする場合に好適な熱交換装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータの性能は著しく向上し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）の処理速度も急激に向上してきているため、ＣＰＵチップなどからの発熱量も増大し、その冷却方法が問題となっている。従来の一般的な冷却方法は、フィンなどを備えた放熱板にＣＰＵチップなどの発熱部を固定し、この放熱板にファンなどで気流を送ることによって強制的に空冷を行うものである。しかしながら、このような空冷方式では、冷却能力を高めようとすると空冷ファンの騒音が大きくなるという問題点があり、また、小型化されたコンピュータの筐体内には冷却用の通気スペースを充分に確保できないので、充分な冷却効率を得ることができないという問題点もある。
【０００３】
そこで、ＣＰＵチップなどの発熱部に冷却ジャケットを接触させ、この冷却ジャケット内に液体を供給して循環させ、液体の循環経路内に液体を推進させるポンプと、ラジエター構造を有する放熱部とを設けるといった液冷方式が検討されている（例えば、以下の特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−９９３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の液冷方式の冷却システムにおいては、例えば、放熱部の構成として、放熱板に蛇行状の金属パイプを接合して一体化したものを用いているので、パイプと放熱板とが線状に接触しているだけであるために両者の接触面積が小さいこと、また、上記のパイプ内に流通する液体の流れは層流になりやすいことから、実際に放熱している部分はパイプの内面に近い液体のみであり、パイプの流路断面の中心部を流れる液体からの熱伝達は期待できないことなどの理由により、基本的に熱の伝達効率が低く、充分な放熱性能を発揮するには大きな放熱面が必要になるという問題点がある。なお、放熱面を小さくするにはパイプの蛇行ピッチを小さくする必要があるが、これにも限界がある。
【０００５】
また、上記のような放熱部の構造では、液体の導入部と導出部とが相互に離間した位置にあり、これによって冷却システムの小型化が難しくなるという問題点がある。すなわち、液温の高い導入部と液温の低い導出部との間の熱的干渉を防止するため、或いは、放熱板の面積を充分に確保するためなどの理由により、導入部と導出部を充分に離間させないと放熱効率を向上させることができないので、導入部に接続される導入パイプと、導出部に接続される導出パイプとを離れた場所から引き回す必要があり、その結果、冷却システムの各構成要素、例えば、ポンプ、冷却ジャケット、リザーバタンクなどを広範囲に亘って分散配置させる必要が生じる。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、その課題は、熱の伝達効率を向上させることにより、熱交換効率の高い熱交換装置を提供することにある。また、他の課題は、性能を低下させることなく冷却若しくは加熱システムなどの小型化を図ることの可能な熱交換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、本発明の熱交換装置は、流体を流通させて該流体に受熱若しくは放熱を行わせる熱交換装置において、受熱機能若しくは放熱機能を有する容器と、該容器の内部を内側流路と外側流路に仕切る仕切体とを有し、前記容器の一端部には前記流体の導入口及び導出口が設けられ、前記導入口と前記導出口の一方が前記内側流路に連通し、他方が前記外側流路に連通するように構成され、前記容器の他端部には前記内側流路と前記外側流路を連通させる反転通路が構成されてなることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、受熱機能若しくは放熱機能を有する容器の内部が仕切体により内側流路と外側流路に仕切られ、容器の一端部には導入口及び導出口が設けられるとともに他端部には反転通路が構成され、導入口と導出口の一方が内側通路に連通し、他方が外側通路に連通していることにより、容器の一端部の導入口から導入された流体は、内側通路若しくは外側通路のいずれか一方に流入し、容器の他端部において反転通路を通して内側通路若しくは外側通路の他方に流入し、やがて容器の一端部に戻って導出口から導出される。
【０００９】
したがって、容器内に導入された流体は往復いずれかにおいて必ず外側通路を通過するため、この外側通路を通過している間に容器を介して熱交換を行うことができることから、流体の一部が流路の中心部のみを通過して熱交換がほとんどなされないまま導出されてしまうといったことを防止できるので、熱交換効率を向上させることができる。
【００１０】
また、容器の一端部に導入口及び導出口が設けられていることにより、導入口に接続される導入配管と、導出口に接続される導出配管とを相互に離間した位置に配設する必要がなくなるので、この熱交換装置を含む冷却システムや加熱システムなどをコンパクトに構成することができる。これによって、特に、必要とされる熱交換容量に応じて複数の上記熱交換装置を相互に連結して用いる場合でも、複数の熱交換装置間の相互接続を容易に行うことができる。このような複数の熱交換装置間の相互接続に関しては、装置を直接に接続してもよく、或いは、配管などを介して接続してもよいが、いずれの場合でも、接続継手部分や配管を短くすることができるので、全体をコンパクトに構成できる。
【００１１】
ここで、上記仕切体は断熱機能を有することが好ましい。例えば、仕切体を構成する素材の熱伝導率を、容器を構成する素材の熱伝導率よりも小さいものとすることにより、内側流路を通過する流体と、外側流路を通過する流体との間の熱の移動を低減することができるため、全体として熱交換効率を高めることができる。
【００１２】
本発明において、前記仕切体は中空部材で構成されることが好ましい。本発明の仕切体は、容器の内部を結果的に内側流路と外側流路とに仕切るように構成されているものであればよく、例えば、容器内に配置された内壁のような構造であってもよく、この内壁を２重に設けることによって一対の内壁に内側流路が囲まれ、それらの内壁の外側に外側流路が構成される構造であっても構わない。しかしながら、特に仕切体が中空部材によって構成されることにより、中空部材の内部に内側流路が構成され、中空部材の外側に外側流路が構成されるため、複雑な構造を設けることなく、内側流路と外側流路をより確実かつ容易に仕切ることができる。この場合に、外側流路が中空部材の外側全周に亘って構成されることが、容器の外壁全体を用いて外側流路と外部との熱交換を行うことにより熱交換効率を高めることができる点で望ましい。
【００１３】
本発明において、前記外側流路は螺旋状に構成されていることが好ましい。これによれば、容器を大型化することなしに、外側流路の流路長及び流体と容器の熱的接触面積を増大させることができるため、熱交換効率をさらに向上させることができる。ここで、仕切体である中空部材の外周上に前記外側流路を螺旋状に構成する螺旋状ガイドが配置されていることが望ましい。上記のように外側流路を螺旋状に構成する方法としては、例えば、容器形状を螺旋状に構成することによって螺旋状の外側流路が構成されるようにすることもできるが、この場合には容器形状が複雑になり、その製造が困難になる。上記のように螺旋状ガイドを設けることにより、部品の加工や組立が容易になり、製造コストを低減できる。なお、螺旋状ガイドは仕切体及び容器に対して別体に構成されていることが望ましいが、仕切体又は容器に対して一体に構成されていてもよい。また、螺旋状ガイドは仕切体又は容器に固定されていてもよく、仕切体又は容器に単に支持されているだけでもよい。螺旋状ガイドは容器と同様に熱伝導率の良好な素材で構成されることが好ましく、例えば、仕切体よりも熱伝導率の高い素材で構成されることが望ましい。
【００１４】
本発明において、前記反転通路に連通する開口を有し、前記開口の上縁よりも上方に配置され得る部分を含む端部空間が設けられていることが好ましい。この端部空間を設けることによって、内側流路から外側流路へと向かう、或いは、外側流路から内側流路へと向かう反転通路内の流体の一部を端部空間に少なくとも一時的に滞留させることができるため、流体として液体を用いる場合に、液体中に気泡が含まれていたり、液体中から気体が発生したりした場合に、端部空間において液体から放出された気体を、開口の上縁よりも上方に配置され得る部分に留まらせ、内側流路若しくは外側流路へ戻らないように構成することができる。したがって、液体の経路途中（熱交換装置の内部であっても、外部であってもよい。）に液体推進手段（ポンプ）を設けたとき、当該液体推進手段が液体中に存在する気体により液体を推進させることができなくなるといった事態の発生を低減できる。なお、上記の「開口の上縁よりも上方に配置され得る部分を含む」とは、容器を所定の姿勢で設置したときに、開口の上縁よりも上方に端部空間の一部が存在するように構成されていることを意味する。
【００１５】
本発明において、前記容器の一端部には、前記仕切体に接続され、前記導入口と前記導出口の一方が前記内側流路に連通し、他方が前記外側流路に連通する態様で、導入側と導出側とを分離させる流路分離部材を有することが好ましい。流路分離部材を設けることで、容器や仕切体を複雑な構造に構成する必要がなくなり、容易に製造することができるようになる。また、流路分離部材の位置又は姿勢を変更することで、或いは、異なる流路分離部材を用いることで、導入口及び導出口と、内側流路及び外側流路との接続関係を逆転させることができるように構成してもよい。
【００１６】
本発明において、前記流体を流動させるための流体推進手段（流体ポンプ）が設けられていることが好ましい。流体推進手段を設けることにより、冷却システムや加熱システムなどをさらにコンパクトに構成できる。特に、この流体推進手段を容器の他端部に設けることで、導入口や導出口を有する一端部や仕切体を配置した部分に設ける場合に較べて構造を簡易に構成することができる。この場合、上記の反転通路の少なくとも一部は流体推進手段の内部に設けられるように構成することが望ましい。なお、流体推進手段は、容器の一端部に設けられていてもよく、或いは、内側流路若しくは外側流路に設けられていても構わない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。なお、以下に説明する各実施形態は、いずれも基本的に放熱機能を有する熱交換装置を構成するものとして説明するが、これらは熱の移動方向を逆転させた受熱機能を有する熱交換装置としてそのまま用いることも可能である。
【００１８】
［第１実施形態］
最初に、図１乃至図５を参照して、本発明に係る第１実施形態について説明する。図１は本実施形態の熱交換装置１００を冷却システム内に組み込んだ状態を示す概略構成斜視図、図２は本実施形態の縦断面図、図３は本実施形態の横断面図、図４は本実施形態の分解斜視図、図５は本実施形態の熱交換装置１００を複数連結して用いたときの概略構成斜視図である。
【００１９】
この実施形態の熱交換装置１００は容器１１０を有している。この容器１１０は全体として軸体形状に構成されている。容器１１０は、筒状に構成された筒状部１１１と、この筒状部１１１の一端側に配置された第１端部１１２と、筒状部１１１の他端側に配置された第２端部１１３とを有する。具体的には、筒状部１１１、第１端部１１２及び第２端部１１３はそれぞれ別部品で構成され、筒状部１１１の両端に第１端部１１２及び第２端部１１３が螺合などにより接続固定されている。
【００２０】
筒状部１１１は内部空間１１１Ａを有するとともに、その外面にフィン１１１ａを備えている。このフィン１１１ａは筒状部１１１と外部との間の熱交換効率を高めるためのものである。筒状部材１１１は軸線方向に同一の断面形状を有し、これによりアルミニウムなどの構成素材を押し出し成形することによって形成可能とされ、実際にそのように構成される。容器１１０若しくは筒状部１１１は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金などのような熱伝導性の高い素材で構成されることが望ましい。
【００２１】
第１端部１１２には、流体を導入するための導入口１１２ａと、流体を導出するための導出口１１２ｂとが設けられている。これらの導入口１１２ａ及び導出口１１２ｂは、図示例のように、配管などの他部材に接続可能な口縁構造（継手構造）を有することが好ましい。この第１端部１１２の内部は、上記筒状部１１１の内部空間１１１Ａに連通している。
【００２２】
第２端部１１３の内部には端部空間１１３ａが設けられ、この端部空間１１３ａは、開口１１３ｂを通して筒状部１１１の内部空間１１１Ａと連通している。この端部空間１１３ａの上部には、開口１１３ｂの上縁よりも上方に形成された部分が設けられている。すなわち、端部空間１１３ａの上部は開口１１３ｂの上縁よりも上方に位置するように構成されている。また、開口１１３ｂの外側には、筒状部１１１の内部空間１１１Ａ内において軸線方向に突出する突片部１１３ｃが設けられている。
【００２３】
容器１１０の内部には仕切体１２０が配置されている。この仕切体１２０は筒状に構成された中空部材（インナーパイプ）となっている。仕切体１２０は主として筒状部１１１の内部に配置され、その内側に軸線方向に伸びる内側流路が構成され、その外側に環状の流路断面を有する外側流路が構成される。仕切体１２０の端部１２１は上記第１端部１１２の内部に配置され、反対側の端部１２２は上記第２端部１１３、より具体的には第２端部１１３に設けられた一対の突片部１１３ｃに、当接し若しくは対向配置されている。この実施形態では、突片部１１３ｃの存在により、仕切体１２０の端部１２２と第２端部１１３との間に隙間が形成され、この隙間によって、内側流路と外側流路とを連通させる反転通路が確保される。
【００２４】
仕切体１２０は、合成樹脂、セラミックス、ガラス、或いは、グラスファイバーや不織布などの繊維集合体などの各種の素材によって構成することができ、少なくとも容器１１０（筒状部１１１）よりも熱伝導率の小さい素材で構成されることが好ましい。特に、熱伝導率の低い断熱素材で構成されることが望ましい。例えば、気体を封入した可撓性袋体（風船）で構成してもよい。なお、仕切体１２０を構成する中空部材としては、上記のような円筒形状に限らず、３以上の任意の角数を有する角筒形状に構成されているものであっても構わない。
【００２５】
第１端部１１２の内部には、導入口１１２ａが仕切体１２０の内部に構成される内側流路へと連通し、導出口１１２ｂを仕切体１２０の外側に構成される外側流路へと連通した態様で、導入側と導出側とを相互に分離させる流路分離部材１３０が配置されている。この流路分離部材１３０は、図４に示すように、仕切体１２０の軸線方向に伸びる周方向隔壁部１３１，１３２と、周方向隔壁部１３１，１３２の軸線方向両端部にそれぞれ接続され、軸線周りに円弧状に伸びる軸方向隔壁部１３３，１３４とを備えている。そして、上記の流路分離部材１３０が仕切体１２０の端部１２１の外周に装着されることにより、上記の各隔壁部が仕切体１２０の外周面と仕切体１２０の内周面（図示せず）との間に配置され、これによって、第１端部１１２内において、導入口１１２ａと導出口１１２ｂとが相互に隔てられるとともに、導入口１１２ａから導入された流体が仕切体１２０の端部開口を通して内側流路へと導かれ、外側流路から第１端部１１２内に流入した流体がそのまま導出口１１２ｂから排出されるように構成されている。
【００２６】
上記の流路分離部材１３０は、容器１１０（筒状部１１１や第１端部１１２）や仕切体１２０と別体に構成されていることにより、各部品を簡易な構造とすることができ、また、組立性も向上させることができるため、製造しやすくなるとともに、メンテナンス性も良好になる。また、図４に示す姿勢を軸線周りに１８０度回転させた姿勢で組み込まれることにより、上記とは逆に、導入口１１２ａが外側流路に接続され、導出口１１２ｂが内側流路に接続されるように構成できる。すなわち、流路分離部材１３０の回転姿勢を変更することにより、導入口１１２ａ及び導出口１１２ｂと、内側流路及び外側流路との間の接続関係を容易に切り換えることができる。なお、流路分離部材１３０は、導入口１１２ａから導入される流体と、導出口１１２ｂへ向けて排出される流体とを隔絶させるものであるので、上記仕切体と同様の素材（断熱素材）で構成されることが好ましい。
【００２７】
仕切体１２０の外周面と筒状部１１１の内周面との間には螺旋状ガイド１４０が配置されている。この螺旋状ガイド１４０は、金属などの線状材料や軸状材料を螺旋状に構成したものであり、これによって仕切体１２０の外側に構成された外側流路を螺旋状に構成するものである。この螺旋状ガイド１４０は、仕切体１２０の外周面と、筒状部１１１の内周面のいずれに対しても密着していることが好ましい。例えば、螺旋状ガイド１４０を弾性素材（コイルバネ）によって構成し、螺旋状ガイド１４０を仕切体１２０の外周面上に装着し、仕切体を弾性力によって巻締めた状態で筒状部１１１の内部に挿入することにより、螺旋状ガイド１４０がその弾性力によって仕切体１２０と筒状部１１１の双方に圧接した状態となるように構成できる。
【００２８】
この螺旋状ガイド１４０は、容器１１０と一体に構成されていてもよく、或いは、仕切体１２０と一体に構成されていてもよいが、部品加工や組立の容易性を勘案すると、容器１１０や仕切体１２０とは別体に構成されることが好ましい。また、螺旋状ガイド１４０は容器１１０と熱的に一体に構成されていること（例えば、螺旋状ガイド１４０と筒状部１１１とを一体に構成するか、或いは、螺旋状ガイド１４０と筒状部１１１の内面とを密着（圧接）させること）が外側流路を流れる流体の熱交換効率を高める上で好ましい。また、螺旋状ガイド１４０は熱伝導率の高い素材、例えば、容器１１０（筒状部１１１）を構成する素材と同様の素材で構成されることが望ましい。
【００２９】
本実施形態では、導入口１１２ａから流体、例えば水などの液体、が導入されると、流路分離部材１３０によって流体が仕切体１２０の内部に構成された内側流路に導入され、内側流路をそのまま軸線方向に流れ、やがて上記の第２端部１１３内に構成された上述の反転通路を経て外側流路に進み、今度は軸線方向反対向きに流れる。また、このように流体が流れの向きを反転させるとき、流体の一部は開口１１３ｂを通して第２端部１１３内に構成された端部空間１１３ａに導入され、再び開口１１３ｂを通して反転通路に戻る。
【００３０】
ここで、流体として液体を用いる場合には、液体中に気体が混入していたり、液体中から気体が発生したりする場合があるが、この気体は、液体とともに上記端部空間１１３ａ内に導入された後に、端部空間１１３ａ内で液体中から脱して端部空間１１３ａの上部に溜まる。この場合、端部空間１１３ａの一部は開口１１３ｂの上縁よりも上方に存在するので、或る程度の量の気体であれば、当該気体は開口１１３ｂの上縁によって遮られることにより流路内に再び戻ることがなくなる。したがって、この実施形態では、流通する液体から気体を分離して端部空間１１３ａ内に溜めておくことができるため、例えば、液体中に混在する気体が図１に示すポンプ（流体推進手段）２０６の内部に入ることにより、ポンプ２０６の液体推進力が失われてしまうといったことを防止できる。
【００３１】
上記のように外側流路に進んだ流体は、容器１１０の外面を介して外部と熱交換を行う。特に筒状部１１１の外面には多数のフィン１１１ａが形成されているため、外部へ熱を効率的に放出することができる。もちろん、外部温度が流体温度よりも高ければ、逆に流体は外部から熱を受けることになる。このとき、流体は上記の螺旋状ガイド１４０によって仕切体１２０の外周面上を螺旋状に進むため、遠心力を受け、二次流れを生じ、筒状部１１１内壁との間の熱伝導率が向上する。また、外側流路の流路長は実質的に筒状部１１１の軸線方向長さよりも著しく長くなる。したがって、容器１１０を介した熱交換量は熱伝導率の向上、流路長の増大及び熱的接触面積の増大によって大幅に増大する。流体はやがて再び第１端部１１２内に戻り、上記流路分離部材１３０によって導出口１１２ｂに導かれて排出される。
【００３２】
本実施形態では、容器１１０の内側に構成された内部空間１１１Ａを仕切体１２０によって内外に分断することにより内側流路と外側流路とを設け、第１端部１１２に導入口１１２ａ及び導出口１１２ｂを形成し、第２端部１１３に内側流路と外側流路とを連通する反転通路を設けたので、容器１１０内を通過する流体は、必ず容器１１０の外面に近い外側流路を通過することになる。したがって、従来のように流体の一部が流路の中心のみを通過することによって熱交換効率が落ちるということを回避でき、熱交換効率を高めることができる。
【００３３】
また、導入口１１２ａと導出口１１２ｂが容器１１０の共通の端部に設けられているので、これらに接続される配管などの取り回しが容易になり、システム全体をコンパクトに構成できるようになる。例えば、図１には熱交換装置１００を用いた冷却システムの一例を示す。このシステムでは、導入口１１２ａに導入配管２０２の一端を接続し、この導入配管２０２の他端を冷却ジャケット２０３の出口に接続する。この冷却ジャケット２０３はＣＰＵチップなどの発熱部２０３と熱的に接触し、発熱部２０３の発する熱を吸収する。冷却ジャケット２０３の入口には配管２０５の一端が接続され、この配管２０５の他端はポンプ２０６の吐出口に接続されている。ポンプ２０６の吸入口には導出配管２０１の一端が接続され、この導出配管２０１の他端は導出口１１２ｂに接続される。このシステムでは、冷却ジャケット２０３内で発熱部２０４から熱を吸収した流体（液体）は、導入配管２０２を通って導入口１１２ａから熱交換装置１００内に導入され、ここで放熱することによって温度が低下する。温度の低下した流体は導出口１１２ｂから導出配管２０１を介してポンプ２０６によって推進力を受け、配管２０５を介して再び冷却ジャケット２０３内に戻る。
【００３４】
上記のシステムにおいて、熱交換装置１００の第１端部１１２に導入口１１２ａと導出口１１２ｂとが共に配置されていることにより、システムを構成する他の要素、すなわち、各種配管２０１，２０２，２０５、冷却ジャケット２０３、ポンプ２０６を第１端部１１２ａの周囲にコンパクトにまとめて配置することができることを意味する。したがって、特にパーソナルコンピュータなどの比較的小型の電子機器の内部にシステムを設置する場合には、冷却能力を犠牲にしなくても容易に収容できるという利点がある。
【００３５】
また、上記と同様に導入口１１２ａと導出口１１２ｂが共に第１端部１１２に設けられていることにより、本実施形態では、図５に示すように、複数の熱交換装置１００を容易に相互に連結して用いることができる。この場合には、図示のように熱交換装置１００を相互に直接接続すれば、熱交換ユニット全体をコンパクトに構成できる。このような連結構成には、熱交換装置１００の数を変更することにより熱交換容量を増減することができるため、必要とされる熱交換容量に応じてユニットやシステムを容易に構成できるという利点がある。例えば、図５には、パーソナルコンピュータなどの電子機器に設けられたユニット格納部（ベイ）２０７に上記の熱交換ユニット１０００を収容し、図１と同様の配管２０１、２０２、２０５、冷却ジャケット２０３、ポンプ２０６を備えた冷却システムの構成例を示してある。このように構成すると、熱交換ユニット１０００の一端側に各熱交換装置１００同士の連結部分を配置することができ、当該連結部分に近い範囲内に他の構成要素を全てまとめて配置することができることから、熱交換容量の自由度を確保しつつシステム全体をコンパクトに構成できる。
【００３６】
［第２実施形態］
次に、図６及び図７を参照して、本発明に係る第２実施形態について説明する。図６は本実施形態の概略斜視図、図７は概略横断面図である。この第２実施形態の熱交換装置１００′は、基本的に上記の第１実施形態と同様の概略構成を有するので、対応する部分には符号に「′」を付けて示し、同様の説明内容についての詳細は省略する。
【００３７】
本実施形態は、容器１１０′が筒状部１１１′、第１端部１１２′及び第２端部１１３′を有し、筒状部１１１′にはフィン１１１ａ′が設けられ、第１端部１１２′には導入口１１２ａ′及び導出口１１２ｂ′が設けられ、第２端部１１３′には端部空間１１３ａ′、開口１１３ｂ′及び突片部１１３ｃ′が設けられ、容器１１０′の内部には仕切体１２０′が配置され、この仕切体１２０′の外側に螺旋状ガイド１４０が配置され、第１端部１１２′の内部には流路分離部材１３０′が設けられている点で、上記第１実施形態と同様である。
【００３８】
本実施形態では、容器１１０′の筒状部１１１′の外周面上に、その軸線方向と直交する板面を有する板状のフィン１１１ａ′が接着や溶接などによって接合されている点で、第１実施形態の構成とやや異なる。その他の各構成部は上記第１実施形態と機能的に等価である。
【００３９】
［第３実施形態］
次に、図８、図９及び図１１を参照して、本発明に係る第３実施形態について説明する。図８は本実施形態の概略斜視図、図９は概略横断面図、図１１は分解斜視図である。
【００４０】
この実施形態の熱交換装置３００は、上記第２実施形態と同様の筒状部３１１を備えた容器３１０を有している。筒状部３１１の内部には、上記各実施形態と同様に仕切体３２０及び螺旋状ガイド３４０が配置されている。また、容器３１０の一端には第１端部３１２が設けられ、この第１端部３１２には導入口３１２ａ及び導出口３１２ｂが設けられている。これらの導入口３１２ａ及び導出口３１２ｂは、第１端部３１２から容器３１０の軸線方向に突出した管状部の先端に設けられている。第１端部３１２の内部には、上記各実施形態と同様に機能する流路分離部材３３０が配置されている。
【００４１】
本実施形態では、容器３１０の他端に第２端部３１３が設けられ、この第２端部３１３の外端部に電動モータなどの駆動源３５０が設けられている。また、第２端部３１３側にある仕切体３２０の端部には接続部材３５１が接続されている。この接続部材３５１には、仕切体３２０の内部に構成される内側流路に連通する内側開口と、仕切体３２０の外部に構成される外側流路に連通する外側開口とが設けられている。また、この接続部材３５１の外端側には上記駆動源３５０に接続されたインペラ３５２が対向配置されている。これらの駆動源３５０、接続部材３５１及びインペラ３５２は、上記の流体推進手段（ポンプ）を構成する。なお、図示例のポンプ構造は遠心ポンプである。
【００４２】
本実施形態では、導入口３１２ａから導入された流体は流路分離部材３３０により内側流路に導かれ、内側流路を進み、やがて接続部材３５１の内側開口を通過した後、駆動源３５０によって回転駆動されているインペラ３５２によって外周側に圧送され、接続部材３５１の外側開口から外側流路に吐出される。外側流路に吐出された流体は螺旋状ガイド３４０に沿って螺旋状の流路を進み、やがて流路分離部材３３０により導出口３１２ｂに導かれ、排出される。
【００４３】
本実施形態においては、第２端部３１３に流体推進手段（ポンプ）が構成されているので、この流体推進手段の内部に反転通路が構成され、この反転通路を通過することによって推進力が付与されるようになっている。したがって、流体推進手段が熱交換装置３００に組み込まれていることになるので、システム全体としてコンパクトに構成できるとともに、流体推進手段は、導入口３１２ａ及び導出口３１２ｂの設けられた第１端部３１２とは反対側の第２端部３１３に設けられているため、いたずらに構造を複雑化しなくても構成できるという利点がある。
【００４４】
［第４実施形態］
次に、図１０を参照して本発明に係る第４実施形態について説明する。図１０（ａ）は本実施形態を第２端部側斜め上方から見た概略斜視図、図１０（ｂ）は第１端部側斜め上方から見た概略斜視図である。
【００４５】
この実施形態の熱交換装置４００は、筒状部４１１、第１端部４１２及び第２端部４１３を備えた容器４１０を有する。筒状部４１１には第１実施形態と同様のフィン４１１ａが形成されている。筒状部４１１の内部には上記各実施形態と同様の仕切体（図示せず）が配置されている。また、仕切体の外面と容器４１１の内面との間には螺旋状ガイド（図示せず）が配置されていることが好ましい。さらに、第１端部４１２には導入口４１２ａ及び導出口４１２ｂが設けられ、内部には先の各実施形態の流路分離部材と同じ機能を有する図示しない流路分離構造が構成されている。また、第２端部４１３内には流体推進手段（ポンプ）が構成され、このポンプ内に上記各実施形態と同様の機能を有する反転通路が構成されている。
【００４６】
［第５実施形態］
次に、図１２及び図１３を参照して、本発明に係る第５実施形態の熱交換装置４００′について説明する。図１２は本実施形態の概略斜視図、図１３は本実施形態の概略横断面図である。なお、この第５実施形態の容器４１０′内の構造は上記第４実施形態と同様である。
【００４７】
この実施形態では、容器４１０′の筒状部４１１′内に仕切体４２０′が配置され、その外側に螺旋状ガイド４４０′が配置されている。筒状部４１１′の外面には、筒状部４１１′の軸線方向と直交する板面を有する円盤状の放熱板（受熱板）４１１ａが筒状部４１１′の軸線方向に複数接合されている。なお、図面では筒状部４１１′の両端近傍に接合された放熱板（受熱板）４１１ａのみを示し、中間部分に接合されているものを省略してある。これらの放熱板（受熱板）４１１ａには軸線周りに複数のフィンが形成されている。
【００４８】
第１端部４１２′の内部には流路分離構造４３０′が構成されている。この実施形態では、第１端部４１２′と流路分離構造４３０′とが一体に構成されている。一方、第２端部４１３′には、電動モータなどで構成される駆動源４５０′と、仕切体４４０′の端部に接続された接続部材４５１′と、接続部材４５１′に一端が回転自在に軸支されたインペラ４５２′と、インペラ４５２′の他端を回転自在に軸支するとともに、インペラ４５２′が配置された空間を密閉する封鎖部材４５３′と、封鎖部材４５３′を介してインペラ４５２′を回転駆動する回転駆動輪４５４′とが設けられている。回転駆動輪４５４′はマグネット若しくは強磁性体で構成され、封鎖部材４５３′は非磁性材で構成され、インペラ４５２′は回転駆動輪４５４′の回転により回転駆動されるように強磁性体若しくはマグネットで構成されている。
【００４９】
この実施形態では、駆動源４５０′によって回転駆動輪４５４′が回転すると、封鎖部材４５３′を介して磁気的に結合されたインペラ４５２′が回転駆動され、これによって、内部流路から接続部材４５１′の図示しない内側開口を通して流入した流体が接続部材４５１′の図示しない外側開口を通して外側流路に吐出されるようになっている。
【００５０】
［第６実施形態］
次に、図１４及び図１５を参照して、本発明に係る第６実施形態について説明する。図１４は本実施形態の熱交換装置５００の概略斜視図、図１５（ａ）は本実施形態の概略横断面図、図１５（ｂ）は本実施形態の概略縦断面図である。なお、図１５（ａ）のほとんどは、容器５１０の軸線を通過する水平面で切断した断面を示すものであるが、図中の領域Ｓでは、上記水平面よりやや上方に設定された導入口及び導出口の軸線を通過する水平面で切断した断面を示してある。
【００５１】
この熱交換装置５００では、容器本体５１０の筒状部５１１、第２端部５１３、仕切体５２０及び螺旋状ガイド５４０については第１実施形態と同様であるので、これらの説明は省略する。本実施形態が第１実施形態と異なる点は、導入口５１２ａ及び導出口５１２ｂを備えた第１端部５１２に流体推進手段（ポンプ）が設けられている点にある。この実施形態では、第１端部５１２の導入口５１２ａ及び導出口５１２ｂが設けられている部分の内部に仕切体５２０の端部が配置され、この仕切体５２０の端部外周面と、第１端部５１２の内面との間にパッキン（Ｏリング）などで構成される流路分離部材５３０が圧接状態で介在している。
【００５２】
仕切体５２０の端縁には接続部材５５１が接続され、この接続部材５５１には、仕切体５２０の内側に連通する内側開口と、仕切体５２０の外側に連通する外側開口とが設けられている。接続部材５５１の外端側にはインペラ５５２が対向配置され、このインペラ５５２は電動モータなどで構成される駆動源５５０によって回転駆動されるようになっている。
【００５３】
導入口５１２ａから導入される流体は、仕切体５２０の外側に構成された外側流路を軸線方向に進み、第２端部５１３において形成された反転通路を通過して内側流路に入った後、内側流路を軸線方向逆向きに進んで、やがて接続部材５５１の内側開口を通ってインペラ５５２によって外周側に圧送され、接続部材５５１の外側開口を通って導出口５１２ｂから排出される。
【００５４】
尚、本発明の熱交換装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記の第１実施形態乃至第５実施形態ではいずれも導入口が内側流路に連通し、外側流路が導出口に連通しているが、これとは逆に、導入口が外側流路に連通し、内側流路が導出口に連通するように構成してもよい。また、第６実施形態では上記とは逆に導入口が外側流路に連通し、内側流路が導出口に連通するように構成されているが、これを導入口が内側流路に連通し、外側流路が導出口に連通するように構成してもよい。さらに、流体推進手段は、上記実施形態のように第２端部若しくは第１端部に設けられるだけでなく、内側流路若しくは外側流路内に設けられていてもよい。この場合には、熱交換装置をコンパクトに構成しつつ充分な推進力を得るために、例えば上記インペラの代わりにスクリュウを用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】第１実施形態の概略斜視図。
【図２】第１実施形態の概略縦断面図。
【図３】第１実施形態の概略横断面図。
【図４】第１実施形態の概略分解斜視図。
【図５】第１実施形態を連結させた構造を示す概略斜視図。
【図６】第２実施形態の概略斜視図。
【図７】第２実施形態の概略横断面図。
【図８】第３実施形態の概略斜視図。
【図９】第３実施形態の概略横断面図。
【図１０】第４実施形態の概略後方斜視図（ａ）及び前方斜視図（ｂ）。
【図１１】第３実施形態の概略分解斜視図。
【図１２】第５実施形態の概略斜視図。
【図１３】第５実施形態の概略横断面図。
【図１４】第６実施形態の概略斜視図。
【図１５】第６実施形態の概略横断面図（ａ）及び概略縦断面図（ｂ）。
【符号の説明】
【００５６】
１００…熱交換装置、１１０…容器、１１１…筒状部、１１２…第１端部、１１２ａ…導入口、１１２ｂ…導出口、１１３…第２端部、１１３ａ…端部空間、１１３ｂ…開口、１１３ｃ…突片部、１２０…仕切体、１３０…流路分離部材、１４０…螺旋状ガイド、３５０…流体推進手段、３５１…接続部材、３５２…インペラ
【図１】
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【図２】
2005147514.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2005147514.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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